Друг микробов

Его отец был палестинским раввином, он же решил помочь человечеству не верой, а знанием. Отучившись в Йельском университете, он доказал, что бактерии размножаются половым путем, получил Нобелевскую премию и заложил основы генной инженерии. Биохимик Джошуа Ледерберг также научил мир, что микробы – это не дефект, а норма, которую можно использовать во благо человека.

В голливудском фильме «Штамм Андромеда» Пентагон использует один из своих спутников для перехвата инопланетного вируса и изучения его в качестве биологического оружия. В итоге вирус оказывается на свободе и начинает уничтожать все живое на своем пути. Фильм, конечно, фантастический, но вот сюжет не так далек от реальности: еще в 1962 году микробиолог Джошуа Ледерберг писал в одном из научных журналов, что доставка образцов инопланетных материй на Землю может привести к непредсказуемым последствиям, в том числе – к возникновению новых болезней. А словам Ледерберга, нобелевского лауреата, заложившего основы бактериальной генетики, к тому моменту уже привыкли доверять.

Джошуа Ледерберг родился в 1925 году в американском городе Монтклэре, штат Нью-Джерси, в семье раввина Цви Хирша Ледерберга и его жены Эстер, урожденной Гольденбаум. За два года до рождения сына его родители эмигрировали в США из Палестины. Достойное образование детям, как известно, всегда считалось одной из главных целей в еврейских семьях, и склонность Джошуа к наукам поощрялась. И тем не менее отец все же видел его продолжателем своего дела. Но сын не пошел по стопам отца, избрав путь, далекий от религии: «С самого раннего возраста, о котором у меня еще сохранились воспоминания, я уже хотел заниматься наукой. Не сомневался: буду заниматься наукой, и скорее всего, медицинского плана, и готовил себя соответственно, – вспоминал Ледерберг. – Отец мой был ортодоксальным раввином. Конечно, он не был в восторге от моих планов. Хотя не думаю, что между областями нашей деятельности была уж такая диаметральная разница, но конфликт поколений, безусловно, присутствовал. И я решил помочь человечеству через науку, а не через веру».

Первоначально Джошуа изучал зоологию в Колумбийском университете, потом медицину, а в 1946 году перешел в Йельский университет, где его специализацией стала микробиология и генетика. Заинтересовавшись работами профессора Эдуарда Тейтема, одного из авторов концепции «один ген – один фермент», которая легла в основу биохимической генетики, Ледерберг написал ему письмо и «попросился» к нему в лабораторию. К своему удивлению, он был принят. Не меньше удивлен, правда, был и сам Тейтем, когда понял потенциал свалившегося на него юного дарования. Первый результат их сотрудничества был опубликован в разделе писем журнала Nature 19 октября 1946 года и занимал менее половины страницы. Эта заметка называлась «Рекомбинация генов у Escherichia Coli».

Escherichia Coli – распространенная бактерия, обитающая в кишечнике, ну а проще говоря, кишечная палочка. В заметке сообщалось, что бактерии способны передавать генетический материал от одной разновидности к другой вследствие процесса, теперь называемого «бактериальной конъюгацией». Термин «конъюгация» происходит от латинского слова, обозначающего соединение, или супружество. В заключении статьи Тейтем с Ледербергом так прямо и заявили: «Эксперименты приводят к выводу о наличии половых взаимоотношений у бактерий». Если кратко, то за эту пикантную подробность жизни бактерий в 1958 году Джошуа Ледерберг совместно с Тейтемом и получили Нобелевскую премию.

До этого было известно, что грибки размножаются половым путем – посредством временного объединения (конъюгации) двух отдельных клеток с образованием третьей, дочерней. Предположение Ледерберга, что бактерии тоже должны размножаться подобным образом, не только подтвердилось, но и показало, что дочерняя клетка двух бактерий наследует некоторые черты обоих родительских штаммов, формируя новое поколение бактерий.

Продолжая свои исследования, в 1952 году Ледерберг открыл плазмиды, на что мало кто из коллег тогда обратил внимание. Ведь он «всего лишь» обнаружил, что в кишечной палочке, помимо основной молекулы ДНК, существуют ещё маленькие молекулы ДНК, которые он и назвал плазмидами. Отличие этих маленьких молекул от основной было в том, что они могли беспрепятственно переходить из одной бактерии в другую. О том, что у высших организмов, кроме основной, ядерной ДНК, также имеются маленькие ДНК в цитоплазме, все и так знали, а потому сенсации в открытии Ледерберга никто и не увидел. О плазмидах вспомнили, когда стала понятна причина неэффективности антибиотиков, до этого так хорошо себя зарекомендовавших в лечении различных заболеваний.

Оказалось, что свободно и беспрепятственно переходящая из одной бактерии в другую маленькая ДНК (плазмида) несла с собой гены, уже устойчивые к разным антибиотикам. Заимствуя гены, микробы были способны сопротивляться антибиотику. Это окончательно доказывало факт того, что биохимические реакции в микроорганизмах регулируются с помощью генов. Дальнейшие эксперименты показали, что если извлечь плазмиды из бактерий и заменить их другими, то эти другие начинают успешно размножаться, встраивая в бактерии чужеродные гены. Этот процесс и именуется клонированием. Получать в клетках одного вида гены вида другого – главная задача генной инженерии, с успехом пользующейся ныне открытиями Ледерберга.

Помимо изложенного, участвовал Ледерберг и в американской космической программе, будучи консультантом NASA в программе по изучению Марса. Являлся он и советником Всемирной организации здравоохранения по возможным последствиям биологической войны. Рассказывая о катастрофических последствиях бесконтрольного использования биологического оружия, он надеялся предотвратить вооруженные конфликты. К слову, бесконтрольное применение генной инженерии он считал не меньшей проблемой.

Удостоенный множества престижных американских и международных регалий, в том числе медали Свободы – высшей в Соединенных Штатах гражданской награды, Джошуа Ледерберг скончался в 2008 году. Последней работой, которой был занят Ледерберг, стало исследование микробиома – этот термин Ледерберг придумал в 2000 году, чтобы разделить триллионы микробов, присутствующих в каждом здоровом человеке, но отвечающих за самые разные процессы в его жизни. В отличие от микрофлоры, микробиом представляет собой все микроорганизмы, находящиеся в симбиозе с организмом «хозяина».

Не прекращая свои исследования микробиома почти до самой смерти, Ледерберг писал: «Отличие мира микробов состоит в том, что микробы могут эволюционировать и делают это быстрее, чем их хозяева. В действительности микробы хорошо приспособлены к тому, чтобы использовать эту разницу во время войны, которая время от времени возникает между ними и другими биологическими видами. Ученые многое делают для победы в этой войне человека. Однако весьма незначительное внимание уделяется внутренним механизмам микробов, направленным в том числе на ограничение собственного вреда для хозяина. Микробы поселяются в хозяине, чтобы получить преимущества от обмена. Поразительные примеры демонстрируют, что “цель” микроба в действительности – совместное существование с хозяином. В некоторых случаях иммунная система хозяина управляется одним микробом, повышающим сопротивляемость хозяина к суперинфекции от конкурирующих, вторгающихся микробов. Мы должны, таким образом, исследовать, как можно использовать эту синергию, и рассматривать микробов как оружие в войне с болезнями, а не как смертных врагов, которых нужно уничтожить. Ведь как гласит старинная мудрость – если вы не можете их побороть, присоединитесь к ним!»

К слову, до того, как Ледерберг начал изучение микробиома, наличие в организме микробов воспринималось как своеобразный дефект, вызванный нестерильностью окружающего мира. Сегодня микробиом человека – один из крупнейших международных исследовательских проектов.